发电机低励失磁跳机故障分析

(武汉钢电股份有限公司，湖北 武汉 430082)

〔摘 要〕 针对一起200MW机组低励失磁故障，分析了发电机低励失磁的过程及保护动作情况，作出跳机的原因是发电机失磁造成厂用电压过低使给粉机变频器停止工作而引起锅炉MFT动作，提出了反事故措施。

〔关键词〕 发电机；低励失磁；厂用电；变频器；MFT

　　武汉钢电股份有限公司2台200 MW机组是东方电机厂生产的QFSN-200-2型水氢氢汽轮发电机，7回110 kV联络线分别与武钢变、冶金变、轧钢变三变电站相连，与220 kV系统联系紧密，系统无功功率储备充足。为考核机组的进相运行能力以及对系统电压的调节能力，　对发电机组进行了进相运行试验，并根据试验结果给出了发电机进相运行时，110 kV母线电压的调压率为0.21～0.5 kV/10 Mvar，220 kV系统的调压率为0.1～0.254 kV/10 Mvar。

1 故障简况

　　2001-09-27，武汉钢电股份有限公司1号机备用，2号机在手动励磁运行方式下发生失磁故障，失磁保护动作切换厂用电，锅炉MFT动作跳机。

　　故障发生前，2号机满载运行，发电机有功200 MW，无功20 Mvar，机端电压15.29 kV。05∶02∶00，2号集控室发出“失磁”信号，6 kV快切装置“021切换”、“022切换”，随即锅炉MFT动作，机组跳闸。

2 故障分析

2.1 发电机运行中出现低励失磁故障的分析

　　发电机励磁系统接线如图1，因副励磁机烧瓦，励磁系统暂运行于手动方式，这就需要运行人员根据有功变化及时调整无功，使发电机运行在稳定状态。发电机低励失磁过程中各参数变化见表1。

　　从表1可看出，失磁前发电机有功198.65 MW，而无功只有16.29 Mvar，此时机组运行于静态稳定曲线上部，静稳裕度较小，且发电机端电压、6 kV厂用电压均较低。当机组受到外界小的扰动，负荷由198.65 MW逐渐升至205.04 MW时，由于运行人员没能及时增加励磁，发电机的功角 将逐渐增大，使发电机无功逐渐降低，机端电压和厂用电源电压也随即下降，而手动励磁电源取自380 V厂用电，在手动励磁不作调整的情况下，就使得发电机转子电压和电流相应下降，从而使发电机无功和电压进一步下降，进而又造成转子电压、电流下降，如此反复，最终导致发电机失磁。因发电机失磁前带满负荷，则进入异步运行后，其等效电抗降低较多，发电机从系统吸收的无功功率也较多，无功进相最大达-150 Mvar。

　　图1 励磁系统接线

2.2 发电机失磁保护动作分析

　　武汉钢电股份有限公司发电机失磁保护由静态极限机端阻抗ZK-1、转子低电压ZY-1、系统母线低电压DY-1三部分组成，阻抗整定为32 剑??魈匦越钦?ㄎ?5。，转子低电压作为系统故障或系统振荡时的闭锁元件，整定为100 V，系统母线低电压整定为80% Un，该保护逻辑框图如图2所示。

　　图2 发电机失磁保护逻辑

　　解列动作于跳发电机出口开关；程序跳闸动作于主汽门关闭9 s后，　跳发电机主开关、灭磁开关、6 kV各分支开关。

　　从表1数据可知，发电机由低励失磁运行逐步进入失步运行阶段，无功进相最大达150 Mvar，此时机端测量阻抗由正常位于第一象限过渡到第四象限，并进入异步运行阻抗园内，在转子低电压低于100 V时，　失磁保护t1 延时0.5 s动作出口，发“失磁”信号并切换厂用电。整个发电机失磁过程中，造成系统无功缺损近170 Mvar，按机组进相试验所提供的调压率0.21～0.5 kV/10 Mvar(即发电机每少发无功10 Mvar，110 kV母线电压下降0.21～0.5 kV)，则110 kV母线电压下降约3.57～8.5 kV，且考虑系统中其它机组的作用，110 kV系统电压并不会下降到其额定值的80%，网控的数据录波也显示，发电机失步时，110 kV系统电压仍高于80% Un，故失磁保护的系统低电压条件未满足，失磁保护t2不出口跳机。

2.3 锅炉MFT动作分析

　　当炉膛压力大幅波动(±1 500 Pa)或主燃料丧失(给粉机全跳)时，都会引起锅炉MFT动作。MFT动作后，延时9 s联跳发电机出口开关及灭磁开关。

　　武汉钢电股份有限公司于1999年对给粉机进行了变频器改造，其变频调速器为三菱电机株式会社生产的FR-E500型变频器。给粉机原刂苹芈啡员Ａ簦?慈杂赏?倨魉统鲂藕鸥?刂破鳎?儆煽刂破魇涑?～20 mA的直流信号给变频器控制给粉机转速。FR-E 500型变频器的工作电压为325～528 V， 即变频器在工作电压为0.8～1.3 Un时正常工作，若超出此范围时，变频器将停止工作，使给粉机跳闸造成主燃料丧失，MFT动作。厂用电压过低或瞬时停电时，变频器自保持时间设定为1 s，当电源电压低于变频器最低工作电压或消失超过1 s时，变频器无输出，给粉机跳闸。

　　从表1可知，发电机从开始进相到失磁保护动作，整个过程33 s，在此过程中，6 kV母线电压大幅下降，直至低于额定值的80%(5.04 kV)，若不考虑变压器的压降，则380 V母线电压也降低至额定值的80%(320 V)以下，且失磁保护动作切换厂用电时，又产生瞬时失压(厂用电切换时间约120 ms)，最终造成变频器停止工作，使给粉机全跳，锅炉MFT动作跳机。

　　由上面分析可知，发电机低励失磁后，失磁保护仅动作于“失磁”信号并切换厂用电，因厂用电降得过低且维持时间较长，造成给粉机变频器停止输出，给粉机跳闸使锅炉MFT动作跳机。

3 建议和措施

3.1 加强运行人员的技术和工作责任心培训

　　发电机手动励磁方式只是在自动励磁调节器故障或副励机不具备投入运行的情况下，临时满足发电的需要。机组手动励磁运行时，运行人员应有高度的工作责任心，集中精力监盘，并能根据负荷的变化，及时调整励磁，　使发电机有功和无功的比值小于3，同时应抓紧抢修，尽快恢复自动励磁运行。

3.2 失磁保护重新整定

　　当发电机失磁造成静态稳定破坏进入异步运行后，从系统吸收大量无功，此时系统电压仍未降到低电压整定值，失磁保护不能动作将机组从系统解列，这将使邻近机组过载，系统稳定受到威胁，同时6 kV母线电压急剧下降，严重威胁厂用辅机的安全运行；　还会使定子过流，定子电枢绕组温度上升，定子端部发热及转子发热，对机组自身安全造成很大威胁。故应根据现场实际，进行合理计算，适当整定，使发电机失磁时，保护能及时将机组从系统解列，确保系统稳定及机组自身安全。

3.3 改变变频器工作电源

　　由于给粉机变频器工作电源接于380 V厂用电，当厂用电电压异常降低或消失(如切换缓慢)时，将会影响变频器正常工作，从而导致给粉机跳闸使MFT动作，为此，可将变频器工作电源接至厂用UPS，这样变频器工作就不会受厂用电压的影响了。 2003-09